Réacteurs à hautes températures

Il s’agissait, à travers cette nouvelle technologie de réacteurs, d’atteindre la compétitivité économique pour des niveaux de puissance beaucoup moins élevés que les REP actuels tout en assurant un niveau de sûreté au moins équivalent. C’est ce que devraient offrir les réacteurs à haute température (HTR) modulaires et à cycle direct, avec des puissances de l’ordre de quelques centaines de MWe (les REP  atteignent des puissances de l’ordre de 1 000 à 1 500 MWe).

Le concept modulaire permet en cas d’accident d’évacuer la chaleur uniquement par rayonnement thermique. Cela assure alors le maintien de la température au-dessous d’un seuil critique (1600°C), sans qu’il soit nécessaire d’adjoindre au réacteur des systèmes de refroidissement de secours, particulièrement coûteux à cause de la fiabilité et de la redondance exigées d’eux.

Un atout majeur des HTR et des futurs VHTR est leur combustible exceptionnellement robuste, constitué de particules de 1 millimètre de diamètre composées d’un noyau fissile et de plusieurs couches d’enrobage qui retiennent les produits de fission jusqu’à au moins 1600°C. Par ailleurs, la conception des HTR, avec un modérateur (graphite) indépendant du réfrigérant (hélium), leur permet de brûler de façon très souple toute espèce de noyaux fissiles. Ce type de réacteur est en particulier un excellent brûleur de plutonium, détruisant environ 70% de la quantité introduite dans le cœur, et plus de 90% de ses isotopes fissiles. De ce point de vue, il serait particulièrement efficace pour les actions de désarmement, pour incinérer le plutonium militaire.

État des projets de réacteurs à haute température
– HTR-10 (Chine) : ce petit réacteur expérimental, situé à Pékin dans les locaux de l’INET, était opérationnel.
– HTR-PM (Chine) : deux réacteurs de 100 MWe étaient en fin de construction, leur divergence annoncée en 2018. Ces réacteurs sont reliés à une turbine de 200 MWe et sont présentés comme des réacteurs modulaires. Fin mars 2024, un de ces réacteurs à haute température HTR-PM a été connecté au réseau de chaleur urbain. En plus de produire de l’électricité, il fournirait l’équivalent des besoins en chaleur de 1 850 foyers.
– HTTR (Japon) : ce petit réacteur expérimental situé à Oarai, attendait le feu vert pour son redémarrage (la priorité de l’autorité de sûreté étant donnée aux réacteurs électrogènes).

En décembre 2020, l’entreprise américaine Kairos Power a annoncé la construction à Oak Ridge du KP-FHR, un petit réacteur à haute température de 140 MWe dont le caloporteur est un sel fondu (fluoride). Ce petit réacteur hybride reprend les atouts de trois concepts de réacteurs différents :
– Caloporteur des réacteurs à sels fondus, stable chimiquement et ne nécessitant pas de fonctionner à haute pression.
– Boulets de combustible de quelques centimètres de diamètre pouvant être portés jusqu’à 1600°C sans dégradation.
– Concepts de sûreté passive des réacteurs au sodium.

Projets de HTR à plus long terme :
Il existe plusieurs projets dans le monde pour ce type de réacteurs : le projet GT-MHR pour brûler le plutonium militaire russe, entre General Atomics (USA), Minatom(Russie), Framatome (France) et Fuji Electrics (Japon) ; le projet PBMR développé en Afrique du Sud avec des concours allemands, anglais et américains ; deux réacteurs expérimentaux au Japon et en Chine. Un réseau de recherche européen, HTR-Technology Network (HTR-TN), mis a été mis en œuvre dans le cadre des programmes de recherche et développement de la Commission européenne, a pour objectif de développer les technologies nécessaire.

Les réacteurs à très haute température ou VHTR (Very High Temperature Reactor) sont l’une des six options considérées pour les réacteurs de Génération IV. Contrairement aux autres options, les VHTR ne nécessitent pas des neutrons rapides. Le cycle du combustible est ouvert, c’est à dire que le combustible usé n’aurait pas besoin d’être retraité, les billes de carbure apportant un excellent confinement des matières radioactives. Le refroidissement serait assuré par de l’hélium sous pression (un gaz rare inerte chimiquement et transparent aux neutrons.

Chine 2024 : mise en service d’un premier HTR – Article SFEN, Gaïc Le Gros

ANNEXES HTR :  Pour en savoir plus sur la filière de réacteurs HTR :

Principe des HTR
Atouts des HTR
Avancées technologiques HTR